一种具有垂直取向的磁性纳米反点阵列膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米磁性功能材料技术领域，具体涉及一种具有垂直取向的磁性纳米反点阵列膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]磁性纳米反点阵列膜是由具有一定密度规则排列的非磁性纳米孔和垂直取向生长的磁性薄膜组成，这种非磁性的纳米孔可以作为钉扎点来调控薄膜的磁性能，反点阵列的磁性能与钉扎点的尺寸和密度等密切相关。实验和理论证明，作为磁记录介质，非磁性纳米孔的引入使过渡区变得平滑，从而可以减小过渡区噪声，提高信噪比；同时，纳米孔的存在会影响薄膜的磁化反转过程，增大矫顽力，保持记录信息有足够高的热稳定性。因此磁性纳米反点阵列有望提高介质的记录性能而成为新一代的超高密度垂直磁记录介质。
[0003]关于磁性纳米反点阵列膜的制备方法，专利《磁性纳米反点阵列薄膜及其制备方法》(授权公告号CN 102383102B)公开了一种使用聚苯乙烯微球组装胶体晶体模板，并通过磁控溅射向模板的微球缝隙间沉积材料的方法，可以获得孔径在100?500纳米的反点阵列，但是这种方法很难保证反点阵列膜的垂直取向，因此不合适作为垂直磁记录介质；刻蚀法制备反点阵列膜可以保持薄膜的垂直取向，但是受到掩膜板尺寸的限制很难制备孔径小于500纳米的反点阵列膜；然而，与畴壁宽度尺寸相当(直径小于50纳米)的纳米非磁性小孔才能对薄膜的磁学性能有很好的调控作用，氧化铝模板法可以廉价地大面积获得孔径小于50纳米的高密度多孔纳米阵列结构，通过改变模板的制备条件可以方便地调节纳米结构的形貌和尺寸。而目前采用氧化铝模板制备反点阵列膜，多是以模板作为衬底直接在其上溅射磁性薄膜，但是在溅射的过程中，物质不仅会沉积在模板的表面，同时也会沉积在模板的孔壁上，孔壁上的物质使得纳米孔不再是非磁性的，而且氧化铝模板的表面粗糙，在其上沉积薄膜很难保持原有的垂直取向。薄膜垂直磁各向异性的破坏会直接影响其记录行为。Y.C.Huang 等人(J.Appl.Phys.，111，07B923, 2012.)直接将铝溅射在 Ll0-FePt 薄膜上，在阳极氧化的过程中以FePt薄膜作为电极制备氧化铝模板，然后再通过反应离子束刻蚀得到反点阵列，由于溅射在FePt薄膜上的铝比较薄，限制了阳极氧化的时间，导致反点阵列纳米孔的有序度变差。
[0004]综上所述，如何大面积地制备规则有序的，孔尺寸小、密度高且具有垂直取向的反点阵列磁性膜尚属技术难题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种具有垂直取向的磁性纳米反点阵列膜及其制备方法。
[0006]本发明所提供的磁性纳米反点阵列膜的制备方法，包括如下步骤:
[0007]I)采用磁控溅射的方法于衬底上依次沉积CoPt/Ag薄膜；
[0008]2)对步骤I)中所得衬底/CoPt/Ag薄膜进行热处理，得到具有高度垂直取向的Llc1-CoPVAg 薄膜；
[0009]3)将双通多孔氧化铝模板转移到步骤2)中得到的Llc1-CoPVAg薄膜上，得到衬底/Lltl-C0PVAg薄膜/氧化铝模板，以双通多孔氧化铝作为掩膜板进行离子束刻蚀，即可得到所述磁性纳米反点阵列膜。
[0010]上述制备方法中，步骤I)中，所述磁控溅射的条件如下:所述磁控溅射在溅射室中进行，本底真空值可为5 X 10_5?2 X 10 _4Pa，具体可为8 X 10_5Pa，工作气体为Ar气，工作气压为0.8?2.0Pa，磁控溅射方式为直流溅射。
[0011]上述制备方法中，步骤I)中，所述磁控溅射的溅射靶为CoPt复合靶、Ag靶，所述CoPt复合革El中Co和Pt的原子比为1:1，所述CoPt复合革El派射速率可为0.1?0.2nm/s，具体可为0.12nm/s ;所述Ag革巴的派射速率可为0.1?0.3nm/s，具体可为0.21nm/s。磁控派射的过程中，先溅射CoPt层，后在其上溅射Ag层，得到CoPt/Ag薄膜。
[0012]所述衬底具体可为玻璃衬底、硅衬底和二氧化硅衬底中任一种。
[0013]上述制备方法中，步骤I)中，所述衬底/CoPt/Ag薄膜中，CoPt层的厚度可为10?20nm，具体可为15nm ;Ag层的厚度均可为3?5nm，具体可为5nm。
[0014]上述制备方法中，步骤2)中，所述热处理具体可在真空退火炉中进行退火；所述退火的真空值为5 X 1(Γ5?2 X 10 4Pa，具体可为2Χ l(T4Pa。
[0015]所述热处理的温度为500?700°C，具体可为600°C，时间为5?60min，具体可为30mino
[0016]上述制备方法中，步骤3)中，所述离子束刻蚀的条件如下:所述离子束刻蚀是在真空室内进行，本底真空值可为5X 10_5?5X 10 _4Pa，具体可为8X 10_5Pa ;工作气体为Ar气；工作气压为1.9Χ1(Γ2?2.0Xl(T2Pa，具体可为2.0XKT2Pa ;离子能量为300?500eV，具体可为300eV ;离子束流为50?IlOmA ;刻蚀时间为2?8min，具体可为4min。
[0017]上述制备方法中，步骤3)中，所述离子束刻蚀之前，还包括去除衬底/Lltl-C0PVAg薄膜/氧化铝模板中氧化铝模板表面的保护胶的步骤，具体可将其放置于60°C的丙酮中浸泡lOmin，即可去除。
[0018]上述制备方法中，步骤3)中，还包括去除离子束刻蚀后的衬底/Llc1-CoPVAg薄膜/氧化铝模板中氧化铝模板的步骤，具体方法如下:将其置于丙酮或者0.5?1.0mol/L，具体可为0.5mol/L氢氧化钠水溶液中超声，即可去除。
[0019]上述制备方法中，步骤3)中，所述双通多孔氧化铝模板是采用两步阳极氧化法而制备得到，具体制备方法如下:铝片为阳极，石墨板为阴极，在电解液中进行第一次阳极氧化，之后去除铝片上的多孔氧化铝层，于电解液中进行第二次阳极氧化，在上述得到的多孔氧化铝模板的正面旋涂保护胶，分别去除模板底部的铝基和阻挡层，即可得到双通多孔氧化铝模板。该双通多孔氧化铝模板为规则有序的纳米多孔阵列结构。
[0020]当所述电解液为草酸水溶液、且其摩尔浓度为0.3mol/L时，两步阳极氧化法的条件如下:
[0021]所述第一次阳极氧化的电压为30?40V，具体可为40V，时间为2?4h，具体可为2h，温度为O?10°C，具体可为0°C。
[0022]所述第二次阳极氧化的电压为30?40V，具体可为40V，时间为I?5min，具体可为3min，温度为O?10°C，具体可为0°C。
[0023]当所述电解液为硫酸水溶液，且其摩尔浓度为0.3mol/L时，两步阳极氧化法的条件如下:
[0024]所述第一次阳极氧化的电压为20?25V，具体可为20V，时间为3?6h，具体可为3h，温度为O?10°C，具体可为0°C。
[0025]所述第二次阳极氧化的电压为20?25V，具体可为20V，时间为2?6min，具体可为4min，温度为O?10°C，具体可为0°C。
[0026]所述去除铝片上的多孔氧化铝层可具体按如下方法进行:在磷酸、铬酸和水的混合液中浸泡4?10h，即可去除多孔氧化铝层，浸泡的时间具体可为4h，其中，混合液中磷酸的质量百分含量为6.0%，络酸的质量百分含量为1.8%。
[0027]所述在多孔氧化铝模板的正面旋涂保护胶，具体可采用匀胶机将PMMA胶均匀的甩到所述多孔氧化铝模板的正面。
[0028]所述去除模板底部的铝基和阻挡层可具体按如下方法进行:将表面旋涂保护胶的多孔氧化铝模板先置于体积比为4:1的饱和氯化铜和盐酸的混合水溶液中，去除铝基；再置于30?50°C的质量分数为5%的磷酸水溶液中浸泡20-50min，去除阻挡层。
[0029]所述铝片的纯度大于99.9 %。
[0030]所述双通多孔氧化销模板的厚度为150?300nm，孔径为20?50nm，孔间距为50-100nm。所述双通多孔氧化铝模板为超薄结构的膜。
[0031]当然，本发明所述的制备方法不但适用于Llc1-CoPt磁性纳米反点阵列膜，同样适用于其它与其性质类似的磁性纳米反点阵列膜的制备，如=Llc1-FePt, Ll0-FePd磁性纳米反点阵列膜等。
[0032]本发明所制备得到的磁性纳米反点阵列膜也属于本发明的保护范围。